WO2003093646A1

WO2003093646A1 - Bomba de pistones radiales

Info

Publication number: WO2003093646A1
Application number: PCT/IB2002/002485
Authority: WO
Inventors: Gabriel Bonilla Pardo
Original assignee: Gabriel Bonilla Pardo
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-13
Also published as: AU2002311562A1

Abstract

En los sistemas hidráulicos, las bombas y motores de desplazamiento positivo generan un flujo, o par, pulsado, con sus consecuentes efectos negativos por las vibraciones inducidas, siendo crítico el problema a baja velocidad de rotación y alto par. Se concibió una bomba de pistones radiales de bloque fijo caracterizada porque el accionamiento de pistones se basa en una leva (3) de perfil especial tal que, disponiendo los pistones (7) (8) adecuadamente, el flujo generado es uniforme, no pulsado, a cualquier velocidad de operación. Dicho accionamiento puede contener una serie de levas concéntricas (15) (16) (17) con perfil especial, desplazamiento diferente, dispuestas en un plato porta levas (18), conformando una bomba de capacidad variable y flujo uniforme en todo su rango de operación. Para eliminar el problema de las bombas de pistones radiales de no ser autoaspirantes y/o no transformables en motor, se concibió el distribuidor anular rotativo (31) (32), que permite autoaspiración y, sin modificaciones, operar la bomba como motor.

Description

BOMBA DE PISTONES RADIALES

SECTOR TÉCNICO

La invención presentada, bomba volumétrica rotativa de pistones radiales, se enmarca en el campo de la oleo-hidráulica, campo de la tecnología que ha evolucionado notablemente desde principios de siglo y ha ganado terreno en la mayor parte de los sectores industriales, gracias al desarrollo de los sistemas hidráulicos, que, a nuestros días, son verdaderos sistemas de transmisión de potencia con posibilidades de regulación. TÉCNICA ANTERIOR

Actualmente tienen aplicación industrial varios tipos de bombas volumétricas a saber: de engranajes, de tornillos, de paletas, de pistones y últimamente de membrana, su presión máxima de trabajo está limitada por las fugas internas que pueden ser muy altas después de cierta presión, siendo las bombas de pistones, por sus sistemas de empaques, las que permiten las mayores presiones de trabajo, llegando al orden de 1.000 bar. Algunos tipos de bombas, por ejemplo, las de engranajes, de paletas, de pistones axiales, tienen la propiedad de poder trabajar como motores hidráulicos sin ninguna o con muy pequeñas modificaciones. En general, estas máquinas de desplazamiento positivo operando a una velocidad de rotación constante generan un flujo, o un par, pulsado, cuando trabajan como bombas o como motores, que induce vibraciones con sus consecuentes efectos negativos en la marcha y vida de los equipos e instalaciones.

Hoy tienen aplicación industrial varios tipos de bombas y motores de pistones, siendo uno de ellos el de pistones radiales con bloque de cilindros fijo, que a velocidad de rotación constante generan flujo o par pulsante, problema que se agrava a bajas velocidades de operación. Estas bombas poseen válvulas de cheque que no les permiten ser transformables en motor y/o disponen de orificios reducidos de aspiración que implican la necesidad de un tanque a presión o de una segunda bomba para asegurar el llenado de los cilindros en la etapa de aspiración. Estas limitaciones, flujo o par pulsante que induce vibraciones, falta de capacidad de aspiración y no ser transformable en motor, y el sobrecosió que representa la necesidad de una bomba auxiliar, restringen la gama de aplicaciones de las bombas y motores de pistones radiales con bloque de cilindros fijo y su integración a sistemas hidráulicos. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Teniendo en cuenta los inconvenientes que representa la presencia de vibraciones en un sistema dinámico, lo ideal es disminuirlas o suprimirlas, lo que en las máquinas hidráulicas equivale a trabajar con un flujo o un par uniforme, no pulsado. Dado el alto desempeño propio de las bombas y motores de pistones radiales de bloque fijo, derivado de grandes flujos que manejan a altas presiones de trabajo, es ideal lograr una nueva máquina de este tipo que, conservando sus altos desempeños, tenga la propiedad de generar un flujo o par constante, sin pulsaciones. Adicionalmente, si a la bomba se le da la propiedad de ser autoaspirante y convertible a motor, daría como resultado una máquina más versátil con una gama de aplicaciones más amplia.

El objeto de la presente invención es eliminar en los circuitos hidráulicos, el problema de las vibraciones inducidas por el flujo o par pulsante proporcionando una máquina rotativa de pistones radiales de bloque de cilindros fijo que trabaje a flujo totalmente uniforme, que no induzca vibraciones. Complementariamente, eliminar las limitaciones mencionadas de las actuales bombas rotativas de pistones radiales de bloque de cilindros fijo, para que adicionalmente posea la propiedad de poder operar como una bomba hidráulica autoaspirante, transformable en motor hidráulico. Con este propósito, se concibió un sistema especial de accionamiento de pistones de la bomba basado en el mecanismo leva a disco y seguidor centrado que le confiere la propiedad de generar flujo constante y permite implementar una nueva configuración integrándole un sistema de control de flujos de aspiración y descarga denominado distribuidor anular rotativo, ideado para que le confiera la propiedad de ser autoaspirante y convertible a motor.

El sistema concebido de accionamiento de pistones para flujo uniforme se puede complementar para obtener una bomba de capacidad volumétrica (cm³/vuelta) variable.

A continuación, a manera de ejemplo, se detalla la descripción del conjunto de la bomba dotada de leva para flujo uniforme, objeto de la invención, haciendo referencia a las siguientes figuras: Figura 1. Muestra esquemáticamente, en corte transversal, un ejemplo de conjunto general de bomba con leva especial para flujo uniforme. Figura 2. Muestra esquemáticamente, en corte longitudinal, el conjunto de la bomba con distribuidor tipo buje. Figura 3. Muestra un ejemplo de perfil de leva para flujo uniforme

Figura 4. Muestra esquemáticamente tres cortes transversales del buje distribuidor: a) por los conductos de un conjunto de cilindros, b) por los del otro conjunto, c) por el orificio de aspiración Figura 5. Muestra esquemáticamente un desarrollo de la superficie exterior del buje ilustrando la localización de los canales de distribución Figura 6. Muestra esquemáticamente un ejemplo de levas múltiples concéntricas a) con las barras de seguidores acopladas a la leva interna, b) mostrando las pistas de patín Figura 7. Muestra esquemáticamente, en corte longitudinal, un ejemplo de ensamble de levas concéntricas a) con las barras de seguidores en posición desacopladas y b) en posición de acople en leva externa. Figura 8. Muestra esquemáticamente, en corte longitudinal un ejemplo de conjunto de bomba con leva múltiple concéntrica y sistema de cambio de leva Figura 9. Muestra esquemáticamente un ejemplo de disco ranurado, del sistema de cambio de leva, para posicionamiento de pistones Figura 10. Muestra esquemáticamente un ejemplo de disco extractor, para acoplar leva Figura 11. Muestra esquemáticamente un ejemplo de porta patines Figura 12. Muestra esquemáticamente en corte transversal un ejemplo de conjunto de bomba con distribuidor anular rotativo Figura 13. Muestra esquemáticamente ejemplos de distribuidor anular rotativo indicando la localización de los orificios de aspiración y descarga a) exteriores, b) interiores Figura 14. Muestra esquemáticamente en corte longitudinal un ejemplo de conjunto de bomba con distribuidor anular rotativo Figura 15. Muestra esquemáticamente en corte longitudinal un ejemplo de bomba con leva múltiple concéntrica y distribuidor anular rotativo DESCRIPCIÓN DETALLADA

En las figuras 1 y 2 se muestra esquemáticamente a manera de ejemplo un conjunto de la bomba rotativa de flujo no pulsado inventada, con dos conjuntos de cilindros, de seis cilindros por conjunto. El ejemplo se muestra con un sistema de distribución y descarga de aplicación industrial actual. En seguida se describe como opera la bomba, sus componentes principales, su función y su interrelación. El árbol 1 transmite la potencia del motor (no mostrado) al sistema de leva y al buje de distribución que se detallan más adelante, se apoya en los soportes antifricción 2 que van montados en la carcasa 12; la leva de disco 3, solidaria al árbol 1 , con perfil especial de número impar de ciclos ascendente-neutro-descendente-neutro que permite operar a flujo no pulsado, como se detalla adelante y como se muestra en el ejemplo de la figura 3; el seguidor cilindrico centrado 4, uno por pistón, permanece siempre en contacto con la leva 3, contacto que se asegura mediante configuraciones usadas en este mecanismo, métodos de técnica conocida y por tanto no se detallan; el vastago 5, que une al seguidor con el pistón 7 o 8, se desliza por entre la guía 6 dispuesta en el bloque de cilindros 9 con lo que el movimiento de rotación transmitido por el árbol 1 a la leva 3 se transforma en movimiento de traslación alternativo con etapas neutras de los pistones en un plano perpendicular al eje de la leva y trayectoria radial; los conjuntos de pistones 7 y 8, coplanares, cada conjunto de número impar de pares de pistones, diametralmente opuestos, alojados en su respectivo cilindro, que con su movimiento alternativo generan el flujo de la bomba; el bloque de cilindros 9, fijo, solidario con la carcasa 12, con los cilindros diametralmente opuestos para alojar los correspondientes pistones, disponiendo de la guía 6 para el deslizamiento del vastago 5, como se muestra esquemáticamente en las figuras 1 y 2; el bujelO de distribución que va unido al árbol 1 por medio de una junta 11 , y que en su rotación comunica el conducto de los cilindros con los colectores de aspiración o descarga, según se requiera, por medio de los conjuntos de ranuras, uno por cada conjunto de cilindros, y los conductos internos, todo adecuadamente dispuesto como se muestra, a manera de ejemplo, en la figuras 4 a) b) y c) y 5; la carcasa 12 o cuerpo de la bomba que contiene los conductos que comunican los cilindros con el buje 10 y los orificios de aspiración y descarga, que en las figuras se marcan con los signos (-) y (+).

Este mismo arreglo descrito puede trabajar como motor, caso en el cual el fluido alimentado a los cilindros acciona los pistones, los cuales hacen rotar la leva 3 y en consecuencia el árbol 1.

Sistema de leva.

Con el fin de resolver el problema de la pulsación del flujo e imprimirle a la bomba inventada la característica de flujo totalmente constante a una velocidad de rotación dada, se concibió el sistema de leva a disco 3-seguidor centrado 4 - vastago 5 mostrado esquemáticamente en figuras 1 y 2, cuyo diseño conceptual ilustrado en la figura 3, se basa en las premisas que se detallan a continuación: se deben disponer dos conjuntos iguales de cilindros opuestos diametralmente; cada conjunto de cilindros debe ser de un número impar de pares de cilindros; el perfil de la leva 3 se debe ajusfar a los siguientes parámetros:

• número de ciclos = número de pares de cilindros de cada conjunto.

• ciclos simétricos e idénticos

• cada ciclo compuesto por las siguientes etapas:

Etapa 1. Desplazamiento ASCENDENTE, de ángulo de rotación (α)

Etapa 2. NEUTRO, ángulo de rotación (β)

Etapa 3. Desplazamiento DESCENDENTE, simétrico al primero, ángulo de rotación (α)

Etapa 4. NEUTRO, ángulo de rotación (β)

los ángulos de rotación de leva deben cumplir la relación: α + β = φ φ = ángulo entre ejes de cilindros de un conjunto α + β = 360° /(Número de cilindros de cada conjunto) las etapas de desplazamiento, ascendente y descendente, se dividen en tres segmentos, acelerado, uniforme y desacelerado, cada uno con función de velocidad del seguidor del tipo indicado en la tabla siguiente, en donde: V = k. (Velocidad de rotación) k : constante de relación

V : velocidad máxima del seguidor x : medida del grado de avance de la leva

En la función de velocidad, V es un factor paramétrico , que corresponde a la velocidad máxima de desplazamiento del seguidor, y es constante para una velocidad de rotación de la bomba dada. Cualquier técnico en diseño de levas podrá determinar los valores de k, V y las funciones explícitas de velocidad para un caso específico; por los métodos conocidos determinará las funciones de desplazamiento del seguidor y por consiguiente el perfil de la leva 3; igualmente por métodos conocidos se determinan las correspondientes funciones de aceleración e impulso, requeridas adicionalmente para el diseño detallado y fabricación del mecanismo.

En la figura 3 se muestra un ejemplo de perfil de leva para un conjunto de tres pares de pistones que cumple con los parámetros anteriores.

Los valores de y β se deben fijar de acuerdo con las características específicas requeridas para la bomba y con las relaciones dadas por las funciones de desplazamiento y velocidad.

- se deben desfasar los conjuntos de pistones 7 y 8 un ángulo igual a:

Ángulo de desfase = [(α)+(β)]/2

= φ/2

En el ejemplo mostrado el ángulo entre ejes de cilindros φ es 60° y por consiguiente el desfase entre conjuntos de pistones es 30°.

A continuación se explica cómo, en una bomba que opera a una velocidad dada, el sistema de accionamiento descrito genera un flujo totalmente constante, no pulsante, para un arreglo de un bloque con dos conjuntos de pistones dispuestos como se indicó.

El caudal generado por un pistón en un instante dado es:

Qp = v.A_p v : velocidad de desplazamiento del pistón en el instante dado

A_p : área del pistón

En cada conjunto de pistones durante las etapas de desplazamiento se encuentran, para el ejemplo mostrado, tres pistones en aspiración y tres en descarga, todos con la misma función de velocidad generando cada conjunto un flujo intermitente. En un instante dado un conjunto genera un flujo Q_c igual a:

Q_c = 3v. A _p

Para la bomba del ejemplo, con dos conjuntos de cilindros, el caudal total Q_B en un instante dado, es la suma del caudal generado por cada uno de los conjuntos: QB = 3VLA _P + 3v₂.A_p = 3(vι + v₂). A_p Al desfasar los conjuntos de pistones en el ángulo especificado, se produce una combinación de sus etapas de desplazamiento, de tal manera que los pistones en descarga, etapa ascendente, y neutro, combinan sus segmentos acelerado, uniforme, desacelerado y neutro generando un flujo total QB como se detalla en la tabla siguiente:

El caudal de la bomba operando a una velocidad de rotación dada, en cualquier instante es Q_B = 3V.A_P que es un valor constante, para una velocidad de rotación y área de pistón dadas.

Como se evidencia de lo anterior, una bomba de pistones radiales de bloque de cilindros fijo provista de un número de pistones y del sistema de accionamiento de pistones de tipo leva como los especificados antes, cuyo diseño conceptual se basa en las premisas indicadas, adquiere la propiedad de generar un flujo totalmente uniforme, no pulsante, lo que representa una significativa ventaja respecto a las bombas actuales que producen un flujo pulsado con el consecuente inconveniente de los efectos negativos generados por las vibraciones inducidas, lo cual se reivindica. Es igualmente evidente que esta característica de flujo constante que se reivindica se mantiene para cualquier valor de la velocidad de rotación a la que opere la bomba, por baja que sea, lo cual es una ventaja, dado que el problema de flujo pulsado es crítico en las bombas actuales que trabajan a bajas velocidades.

Cuando la máquina descrita y especificada trabaja como motor, genera un par igualmente constante para cualquier velocidad de rotación, por baja que esta sea, lo cual también se reivindica, dado que igualmente en los motores hidráulicos es crítico el problema de operación en la gama de bajas velocidades y altos pares.

Adicional al flujo constante, el perfil de la leva, dadas sus funciones de aceleración e impulso, derivadas de sus funciones de desplazamiento y velocidad, que son del tipo sinusoidal sin cambios bruscos de velocidad, ni grandes saltos de la aceleración, le imprime a la bomba de manera ventajosa un comportamiento dinámico excelente, permitiéndole operar a altas velocidades, lo cual se reivindica.

El ejemplo anteriormente descrito, por medio del texto y las figuras, es tan solo una forma de realizar la invención que se reivindica; se le pueden incorporar otros sistemas de control de flujos de aspiración y descarga, por ejemplo usando válvulas de cheque, se pueden variar los números de pistones, ajusfar los valores de los ángulos α y β a los requerimientos de la aplicación requerida, llegando por ejemplo a disminuir a cero el valor de β, con lo que se elimina la etapa neutra del pistón. De todas maneras con los parámetros y premisas indicados para el diseño, se tiene como resultado una bomba o motor de pistones radiales de bloque de cilindros fijo que opera ventajosamente con un flujo o par totalmente uniforme, no pulsado, aún a muy bajas velocidades de operación, y con un comportamiento dinámico excelente respecto a las máquinas volumétricas rotativas de flujo o par pulsante actuales, lo cual se reivindica.

Sistema de leva múltiple concéntrica.

Se concibió, adicionalmente, un sistema de levas múltiples concéntricas del mismo tipo de perfil para flujo constante, con diferente desplazamiento, que le confiere a la bomba la propiedad de trabajar a capacidad variable. La figura 6 muestra, a manera de ejemplo un conjunto esquemático de tres levas 15, 16, 17, con sus respectivas barras de seguidores 13, 14 en posición de acople con la leva interior 17. En la figura 7, se muestra un conjunto de levas concéntricas a) en posición desacopladas y b) con la leva externa acoplada. Las levas 15, 16, 17 van montadas en el plato de levas 18, el cual va solidario al árbol 1 de tal manera que siempre giran como un solo conjunto; el movimiento a los pistones 7 y 8 se transmite por medio de la barra de seguidores 13, que tiene los seguidores distanciados según el radio externo de las levas concéntricas y la barra de seguidores 14, con los seguidores distanciados según el radio interno, correspondiendo a cada pareja de pistones enfrentados una pareja de barras 13 y 14 como se muestra en la figura 6. Las levas 15, 16, 17 pueden deslizarse axialmente en su alojamiento provisto en el plato de levas 18, de tal manera que para acoplar una leva deseada basta empujar convenientemente la pista 20, 21o 22 que corresponda; para desacoplarla se actúa al contrario; el resorte 19 mantiene las levas no acopladas dentro del plato. No se detallan la guía para el desplazamiento de las barras de seguidores, ni los medios para asegurar el contacto permanente leva-seguidor, pero un técnico experto fácilmente los puede implementar.

Con la bomba o motor detenida y con un mecanismo apropiado, como el que a manera de ejemplo se describe adelante, sin necesidad de desmontajes, se puede cambiar la leva que acciona los pistones y puesto que a cada leva le corresponde una longitud de desplazamiento propia, la bomba o motor, podrá operar con tantas capacidades de cilindrada (cm³/vuelta) como levas concéntricas tenga el sistema, lo que da como resultado una bomba o motor de pistones radiales de bloque fijo de capacidad variable y que opera ventajosamente a flujo o par uniforme, no pulsante en toda su gama, en contraposición a las actuales bombas o motores de flujo pulsado, lo cual se reivindica.

Las figuras 8, 9, 10 y 11 ilustran un ejemplo de mecanismo para accionar el sistema de cambio de leva, el cual opera así:

Estando la bomba en operación, por medio del freno 29, que no se detalla y que puede ser fácilmente implementado por los expertos, se detiene la bomba asegurando que el conjunto de pistones 7 quede posicionado exactamente en la mitad de la etapa neutra, lo que implica que los pistones 8 queden detenidos en el punto medio de la carrera.

La caja 24-27-30 mostrada en la figura 8, conformada por el disco ranurado 24, el disco extractor 27 y las barras de unión 30 y que se soporta en los apoyos deslizantes

28 que permiten giro, estando en posición de leva acoplada, se hace mover axialmente hacia la izquierda, acoplando los pines 23, dispuestos en las barras de seguidores, a las respectivas ranuras del disco ranurado 24 y desacoplando la leva activa.

Se hace girar la caja 24-27-30 hasta la posición A, B o C que corresponda a la leva

15, 16 o17 que se requiere acoplar. Al girarla, gira el disco ranurado 24, haciendo que, por medio de los ensambles pin-ranura, se mantengan los pistones 7 en sus puntos muertos y se posicionen los pistones 8 en su respectivo punto medio de carrera, según la posición A, B o C, como se ilustra en la figura 9. Solidario gira el disco extractor 27 quedando en posición de extraer el patín 26, que corresponde a la leva requerida según la posición A, B o C, como se indica en la figura 10; el porta patines

25 fijo, mostrado en la figura 11 , contiene los patines 26 que se encargan de acoplar y mantener activa la leva requerida, como se ilustra en la figuras 7 y 8.

Una vez fijada la posición requerida A, B o C, se hace mover la caja 24-27-30 axialmente a la derecha, con lo cual el disco extractor 27 desplaza el patín 26 y este a su vez la leva requerida, acoplándola convenientemente a las barras de extractores 13 y 14, el disco ranurado 24 libera los pines 23, quedando el sistema en capacidad de operar con la nueva leva.

No se detallan los medios para desplazar axialmente y girar la caja 24-27-30 y para asegurarla en su posición mientras opera la bomba, al igual que los medios que se requieren en el circuito hidráulico para permitir el desplazamiento de solo los pistones

8 durante el cambio de leva, pero cualquier experto en la materia los puede implementar aún con accionamientos automáticos si se desea.

Con un mecanismo como el descrito se dispone de una bomba o motor de capacidad variable, de flujo o par no pulsante en toda su gama de capacidad o de velocidad, que ajusta el punto de operación con unos pasos muy simples y rápidos, sin desmontajes ni graduaciones finas, lo cual se reivindica.

Distribuidor anular rotativo

Los sistemas actuales de distribución y descarga de las bombas de pistones radiales de bloque fijo, pueden requerir una bomba auxiliar para el circuito de aspiración si los conductos y orificios son reducidos o en el caso de que se usen válvulas de cheque, no pueden ser convertibles a motor.

Con el fin de resolver estos problemas y otorgarle a la bomba inventada la capacidad de ser autoaspirante y transformable en motor, se concibió un sistema de control de flujos de aspiración y descarga que se ha denominado distribuidor anular rotativo que se ilustra en las figuras 12, 13 y 14.

El distribuidor 31 o 32, ilustrado en la figura 13 a) o b), que controla el flujo de un conjunto de pistones, consiste básicamente en un anillo que dispone de tantos pares de conductos como pares de pistones posea el conjunto, se aloja en la carcasa12, permanece estático durante las carreras del pistón y gira durante la etapa neutra del mismo, accionado a través del acople 34, por un mecanismo indexador 33, el cual a su vez es accionado por el árbol 1 , como se indica en la figura 14, con el fin de comunicar los cilindros al correspondiente conducto de aspiración o descarga requerido en la carrera que desarrolla enseguida el pistón.

A continuación, se precisa su diseño conceptual el cual permite que los expertos ejecuten el diseño detallado y su fabricación usando las técnicas y materiales conocidos para darle el ajuste y la calidad superficial que aseguren la hermeticidad y las bajas fuerzas de rozamiento requeridas.

Con el diseño, ilustrado en la figura 13 a) para el distribuidor 31 y b) para el distribuidor

32, se determina:

- la posición relativa de los orificios de aspiración y descarga de la carcasa 12 respecto al del conducto que comunica al cilindro

- localización y posición de los conductos en el distribuidor 31 o 32

- sección máxima de los conductos, en relación con el diámetro interno del distribuidor.

La localización, el tamaño y posición relativa de los elementos anteriores en el sistema concebido aseguran que en ningún momento se presente comunicación entre las líneas de aspiración y descarga, para lo cual el diseño debe ajustarse a los siguientes parámetros generales:

- ángulo entre ejes de cilindros de un conjunto φ, definido previamente : φ = 3607(Número de cilindros de cada conjunto) φ = (α + β)

- localización simétrica de los orificios de aspiración y descarga, respecto al eje de cada cilindro

- ángulo entre el eje del orificio del conducto del cilindro y el eje de los orificios de aspiración o descarga θ: θ = φ/4 θ = 360 4(Número de cilindros del conjunto)

- la secuencia de los orificios en la carcasa 12 es del tipo de aspiración-descarga- aspiración-descarga...

- número total de conductos del distribuidor 31 o 32 igual al número de cilindros del conjunto y van en secuencia aspiración-descarga-aspiración-descarga ...

- máxima dimensión D del conducto (Dmax); está limitada por R, radio interno del distribuidor y es función del ángulo θ, como se muestra en la figura 13

Dmax = 2R.Sen(θ/2) R : radio interno distribuidor para el ejemplo de seis cilindros por conjunto mostrado θ = 15° y Dmax = 0.261 R

Los expertos en la materia definirán los valores adecuados de las áreas de cilindro, del radio de los distribuidores anulares, de las secciones de los conductos, orificios y colectores de admisión y descarga, la localización de estos últimos y demás detalles de diseño para lograr la característica de autoaspiración con la eficiencia y funcionalidad deseadas, según la especificación de la bomba requerida, de tal manera que una bomba de pistones radiales provista de un sistema de control de flujos como el concebido y descrito, que se ha denominado distribuidor anular rotativo, da como resultado una bomba de pistones radiales de bloque fijo autoaspirante y transformable en motor, que opera ventajosamente respecto a las actuales, que por estar provistas de válvulas de cheque y/o orificios y canales reducidos de aspiración no son autoaspirantes ni transformables en motor, lo cual se reivindica.

Sistema de accionamiento del distribuidor anular rotativo

En la figura 14 se ¡lustra esquemáticamente, un ejemplo de bomba equipada con el sistema de distribuidor anular rotativo. El sistema indexador 33 va acoplado al distribuidor 31 , 32, por medio del acople 34; la función del ¡ndexador 33, que es accionado por el árbol 1 , es mantener fijo el distribuidor 31 , 32 durante las carreras de aspiración y descarga de los pistones y hacerlo rotar el ángulo requerido φ, durante la etapa neutra de éstos en la que el árbol 1 gira un ángulo β, para comunicar así cada cilindro con el conducto de descarga o aspiración correspondiente a la siguiente carrera del pistón.

Esta función del sistema de accionamiento del distribuidor, consistente en transformar un movimiento de rotación continuo del árbol 1 en una serie de movimientos de rotación regulares alternados con períodos de reposo se logra con los mecanismos denominados indexadores, cuyo diseño detallado puede ser desarrollado por los expertos, cumpliendo con los requisitos operativos de la bomba y siguiendo las técnicas adecuadas, por lo cual no se detalla.

Caso de capacidad variable con distribuidor anular rotativo

El sistema de distribuidor anular rotativo es compatible con el sistema de leva múltiple ya descrito, tal como se muestra en la figura 15, dando lugar a una bomba de pistones radiales de bloque fijo, de capacidad variable, de flujo no pulsante en toda su gama de operación, autoaspirante, transformable en motor, que opera ventajosamente con respecto a las bombas actuales que generan flujo pulsante, especialmente en el rango bajo de operación y no son transformables en motor, lo cual se reivindica.

Observaciones

Es de anotar que la descripción presentada de unos ejemplos de realización que aplican los innovadores diseños de la presente invención, no deben tomarse como una limitación de las reivindicaciones. Por ejemplo, se pueden obtener otras configuraciones según la localización y diseño de los colectores de aspiración y descarga, según la posición de montaje, con árbol vertical u horizontal, o con el distribuidor anular montado directamente sobre el bloque de cilindros, en el mismo plano, lo cual implicaría que cada conjunto de pistones esté montado en su propio bloque de cilindros y lleve su propia leva; los conductos del distribuidor anular rotativo pueden tener secciones diferentes, dándole un área cercana a la máxima al de baja presión, aspiración para la bomba o descarga para el motor, y un área reducida para el de alta presión. Igualmente en la ejecución práctica el bloque de cilindros y la carcasa pueden conformar una sola pieza. Para el caso del sistema de accionamiento de los distribuidores anulares se pueden implementar sistemas indexadores eléctricos o electrónicos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Bomba de desplazamiento positivo rotativa de pistones radiales y bloque de cilindros fijo, que comprende como componentes principales el árbol, el sistema de accionamiento de pistones accionado por el árbol, los pistones cuyos ejes son coplanares, perpendiculares al árbol y concurrentes, el bloque de cilindros que los contiene fijo, el sistema de control de flujos de aspiración y descarga, los orificios, conductos y colectores respectivos, la carcasa o cuerpo con sus soportes y apoyos, caracterizada porque los pistones van en dos conjuntos, cada conjunto con el mismo número impar de pares de pistones diametralmente opuestos, repartidos simétrica y alternativamente por conjuntos en el bloque, accionados por un sistema conformado por una leva de disco central, solidaria al árbol y seguidores cilindricos centrados con su vastago, solidarios al respectivo pistón y con los medios para asegurar el desplazamiento del vastago y el contacto permanente leva-seguidor, caracterizándose la leva por tener un perfil especial de ciclo múltiple, tantos ciclos, idénticos y simétricos, como pares de pistones tenga un conjunto de pistones, cada ciclo conformado por etapas de desplazamiento ascendente, neutro, descendente y neutro, cuyo perfil especial, de diseño ajustado a parámetros y premisas determinados para una función de velocidad de seguidor particular, tal que con el desfase de los conjuntos de pistones en el ángulo adecuado, el flujo producido por la bomba, operando a una velocidad de rotación dada, independientemente de su magnitud, es el mismo en todo instante, es decir, no pulsante y que cuando opera como motor genera un par motor no pulsante, independientemente de la velocidad de rotación.

2. Bomba de desplazamiento positivo rotativa de pistones radiales y bloque de cilindros fijo, según la reivindicación 1 , caracterizada porque el sistema de accionamiento de pistones, en lugar de una leva de perfil especial, comprende una serie de levas concéntricas del mismo tipo de perfil, cada una con desplazamiento diferente, montadas en un plato porta levas que permite el deslizamiento axial de las mismas; los seguidores montados en barras solidarias a los respectivos pistones, cada barra dispone de tantos seguidores, separados adecuadamente, como levas concéntricas se tenga, con los medios para asegurar el desplazamiento de la barra de seguidores y el contacto permanente leva-seguidor, dotado de un mecanismo apropiado que permite, sin desmontajes ni graduaciones finas, cambiar de leva, conformando una bomba de pistones radiales de bloque fijo y capacidad variable que produce un flujo uniforme, no pulsado, en toda su gama de operación y que cuando trabaja como motor genera un par no pulsante en toda su gama de operación.

Bomba de desplazamiento positivo rotativa de pistones radiales y bloque de cilindros fijo, según la reivindicación 1 , caracterizada porque el desplazamiento de los pistones tiene una etapa neutra, dada por la etapa neutra del ciclo de la leva, de una amplitud suficiente que permite la eficiente operación de un sistema de control de flujos de aspiración y descarga, para operar en autoaspiración y con convertibilidad en motor sin modificaciones, basado en un distribuidor anular rotativo, uno por cada conjunto de pistones, consistente en un anillo que contiene tantos pares de conductos, suficientemente amplios y que comunican cada cilindro con los circuitos de aspiración y descarga, como pares de pistones tenga cada conjunto de pistones, diseñados y dispuestos según parámetros y premisas determinadas, accionados por un mecanismo tipo indexador, que durante la etapa activa del pistón fija el anillo distribuidor y en la etapa neutra lo hace rotar con el fin de disponer el conducto de aspiración o descarga correspondiente a la siguiente carrera del pistón, conformando una bomba de pistones radiales de bloque fijo que genera flujo totalmente uniforme no pulsante, autoaspirante y transformable en motor.

Bomba de desplazamiento positivo rotativa de pistones radiales y bloque de cilindros fijo, según la reivindicación 3, caracterizada porque el sistema de accionamiento de pistones corresponde al de la bomba según la reivindicación 2, conformando una bomba de pistones radiales de bloque fijo, capacidad variable, de flujo totalmente uniforme, no pulsante en toda su gama de operación, autoaspirante y transformable en motor.